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微波技术可以对肉类产品杀菌技术概述

日期:2023-05-08 人气:449
微波技术可以对肉类产品杀菌技术概述

摘要:肉类食品是人类营养膳食的必需品,同时也是微生物的天然培养基,在肉类生产和加工过程中极易受到污染;肉类食品杀菌是肉类食品加工中的重要组成部分,通过杀灭肉中的腐败菌和致病菌,延长产品的贮藏期,保证产品的质量安全,本文总结归纳了近年来新发展的几种杀菌技术。
关键词:新技术   杀菌   肉类食品   概述
Abstract:Meat is a necessary nutrient for human nutrition and is also a natural medium for microorganisms. It is also highly susceptible to contamination during meat production and processing. Meat sterilization is an important part of meat processing. By killing meat In the spoilage bacteria and pathogens to extend the shelf life of products to ensure product quality and safety, this paper summarizes the recent development of several new sterilization technology.
Key words: new technology bactericidal meat food overview

前言
“民以食为天,食以安全为先”。食品质量安全状况直接关系到国民的身体健康和生命安全,因此,食品安全危险性评估是一个很受各国重视的问题,各国都把很大精力放在食源性疾病的调查、检测上,这可以为危险性评估研究提供重要的资料和数据,同时人类对致病菌的反应也十分重视。
肉类食品富含蛋白质、脂肪、氨基酸、维生素等多种营养成分,是人类营养膳食的必需品。在给人类提供营养的同时,也是微生物的天然培养基。因此,在肉类生产和加工过程中极易受到污染。
肉类食品杀菌是肉类食品加工中的重要组成部分,通过杀灭肉中的腐败菌和致病菌,延长产品的贮藏期,保证产品的质量安全。为了尽量减少杀菌过程中对肉类食品成分的破坏或避免杀菌引起不安全因素,近年来国内外正在探索各种先进的杀菌方法。
笔者针对目前食品加工中较常见的以及近年来新发展的食品杀菌技术做了归纳和总结,并对每种杀菌技术的应用特点及范围作一一介绍。
1 常见食品杀菌技术
1.1 热力杀菌
热力灭菌法包括干热灭菌与湿热灭菌法。干热灭菌可使菌体蛋白质变性及电解质浓缩。湿热灭菌可使菌体蛋白质变性,核酸降解及损伤细菌的细胞膜。湿热灭菌的优越性有穿透力强,菌体吸收水分易变性凝固及蒸汽有潜在热能。
肉类食品的加热杀菌是食品加工与保藏中用于改善食品品质、延长食品贮藏期的最重要的处理方法之一。其作用主要是杀死微生物、钝化酶;改善食品的品质和特性,提高食品中营养成分的可消化性和可利用率;破坏食品中不需要或有害的成分。
常见的几种加热杀菌方法有:(1)低温杀菌,亦称巴氏灭菌法,冷杀菌法,一般在低于水沸点温度下进行加热,加热的介质为热水。低温杀菌是一种利用较低的温度既可杀死病菌又能保持物品中营养物质风味不变的消毒法,常常被广义地用于定义需要杀死各种病原菌的热处理方法。使用低温杀菌代替高温杀菌可有效避免高温高压杀菌对肉罐头品质的破坏。(2)高温杀菌,在分段升温杀菌方式中,肉品表面经受高温时比传统杀菌方式中肉品表面经受高温时间要短,而肉品中心经受120℃以上高温时间相等,完全可以使产品达到杀菌要求。在同等杀菌效果下,分段升温杀菌方式中肉品表面受到较短时间的高温作用,必将降低肉品受到热力损坏的程度,极大地保持食品良好的口感、色泽、切片性。
影响热力灭菌效果的因素很多,在综合评价食品加热杀菌效果的时候,除了考虑杀菌温度和时间这两大主要因素之外,还应该考虑以下因素:微生物的种类、数量、生理状态、温度、湿度、时间、介质成分和pH等。被灭菌材料中的真菌类微生物较细菌,特别是产生芽孢的细菌易于杀灭;在被灭菌材料中微生物基数大的情况下,同样的灭菌温度、灭菌时间不及微生物基数小的材料灭菌效果好。灭菌的温度越高,时间越长,灭菌效果越好;湿热灭菌较干热灭菌需要的温度低,时间短;在一定温度下,湿热灭菌较干热灭菌效果好。一般来说,被灭菌的基质pH高的不及低的易达到灭菌效果。因此,热力灭菌时要注意被灭菌材料的微生物状况、含水量和pH等诸多因素,选择适当的灭菌温度和时间,以达到彻底灭菌的效果。此外,在对培养基和培养料进行灭菌时,还必须注意灭菌温度和时间对培养基和培养料的化学成分的影响,对一些营养成分,灭菌温度不可过高,时间也不宜过长,以防灭菌过程中产生大量的不利与于食用菌生长的物质。
加热杀菌在杀灭和除去有害微生物的技术中占有极为重要的地位,然而热力杀菌的负面作用主要体现在传统的低温加热不能将食品中的微生物全部杀灭(特别是耐热的芽孢杆菌),而高温加热又会不同程度地破坏食品中的营养成分和食品的天然特性,导致营养组分的破坏、损失,或导致不良风味、变色加剧、挥发性成分损失等,同时热力杀菌需要消耗大量能量。
1.2非热力灭菌
非热杀菌技术是指利用非加热的方法杀灭食品中特定的致病微生物,  使微生物的总量符合标准的杀菌技术。该技术具有产热低或不产热,  能最大程度地保持食品的香味、色泽和营养成分的特点,  有效地避免了传统热杀菌技术影响产品品质的缺点,  因而具有良好的应用前景。目前应用较为广泛的非热杀菌技术主要包括超高压杀菌、微波杀菌、高压脉冲电场杀菌、超声波杀菌以及辐照杀菌五种。本文根据近年来的研究成果综述了上述五种非热杀菌技术的原理、影响因素以及对肉品质的影响,  并对非热杀菌技术的未来进行了简要展望。
1.2.1 电离辐射杀菌
利用电离辐射对食品进行的杀菌即称辐射杀菌,也叫冷杀菌。与传统的热杀菌、添加化学防腐剂、腌制等防腐技术相比,辐照技术耗能少、清洁、环保、成本低,可以在不打开包装的情况下进行杀菌,并且能够消除在肉制品生产和加工过程中的交叉感染。辐照杀菌效果显著,杀菌广谱,食品经过辐照后至少可以使 99.9 %的常见的以食物为载体的致病菌失去活性,其数量已不足以对人体构成危害。另外,被处理的食品温度变化小,10 k Gy 的吸收剂量引起的温度升高只有 2.78 ℃。
其杀菌原理是微生物受电离射线照射后,经过能量吸收,引起分子或原子电离激发,产生一系列物理、化学和生物学变化而导致微生物死亡。电离辐射杀菌的优点是:(1)产生的热量极少,在适当的剂量下,经过辐照后的冷却肉的理化性质和感官指标几乎没有变化(2)杀死微生物效果显著,剂量可根据需要来进行调节。(3)没有非食品物质残留。(5)放射线的穿透深度深、均匀,瞬间即逝,而且与加热相比,可以对其辐照过程进行准确控制。(6)对包装无严格要求,可对包装、捆扎好的食品进行杀菌处理。
但是影响肉类辐照杀菌的因素很多,除了剂量外,还有束流能量、辐照时间、肉的种类等。同时电离辐射也有缺点:(1)经过杀菌剂量的照射,一般情况下,酶也不能被完全钝化。(2)敏感性强的食品和经过高剂量照射的食品,可能会发生不愉快的感官性变化。(3)能够致死微生物的剂量,对人体来说是相当高的,所以必须非常谨慎,做好运输及处理食品的工作人员的安全防护工作。为此,要对辐射源进行充分遮蔽,必须经常连续对照射区和工作人员进行检测检查。(4)辐射设施和照射成本费用较高,同时消费者对辐射食品卫生安全性的信任感不够强。
1.2.2 紫外线、微波、超声波杀菌
(1)紫外线杀菌
紫外线可以杀灭各种微生物,包括细菌、真菌、病毒和立克次体等。一般说来,革兰氏阴性菌对紫外线最敏感,其次为革兰氏阳性球菌,细菌芽孢和真菌孢子抵抗力最强。病毒也可被紫外线灭活,其抵抗力介于细菌繁殖体与芽孢之间。但紫外线放出能量低,穿透力弱,对微生物作用不及电离辐射强。但紫外线消毒价廉、方便、无残留毒性、比较安全,对消毒物品无甚损坏,故仍是常用的物理消毒方法之一。紫外线光波必须直接照射到细菌或物体表面才能起到杀菌作用。紫外线虽然不易透过固体物质,但可以透过干净的空气和澄清透明的水,故紫外线主要用于空气消毒、水及水溶液的消毒和表面消毒3 方面。影响紫外灯辐射强度和灭菌效果的因素紫外灯辐射强度和灭菌效果受多种因素的影响。常见的影响因素主要有电压、温度、湿度、距离、角度、空气含尘率、紫外灯的质量、照射时间和微生物数量等。
(2)微波杀菌
微波常用于食品、餐具的处理,微波是指波长约 1m~10mm 的电磁波,可以杀灭各种微生物,不仅可以杀灭细菌繁殖体,也可杀灭真菌、病毒和细菌芽孢,真菌孢子等各种微生物。由于微波消毒操作方便、省力,消毒的速度快,加热均匀,温度不高,对物品的损害小,消毒后取出时方便,而且其穿透性好,效果稳定可靠。国外利用微波杀菌已应用于食品工业生产,国内用微波对食品杀菌也有了初步研究,目前我国微波消毒应用较多的是对食品及餐具的处理。用微波消毒食品对食品组成成分的影响,可因不同食品种类而有所差别。微波对食品的基本营养组成(蛋白质、碳水化合物、脂肪)的影响很小,而对维生素等不稳定物质有一定的破坏作用,但这种破坏作用与普通加热法相比,影响要小得多。使用微波消毒有以下的优点:①作用时间短,消毒速度快;②由于热损坏物品较轻,适用于已包装好的、不耐高热的物品进行消毒处理;③设备简单,操作方便,效率高。其缺点是:①基本建设费用较高,耗电量也大;②微波辐射对人体有一定的伤害。
(3)超声波杀菌
超声杀菌的机理是基于超声生物、物理和化学效应。研究发现在含有空气或其它气体的液体中,在超声辐射下,主要由于空化的强烈机械作用能有效地破坏和杀死某些细菌与病毒或使其丧失毒性。例如荧光细菌在超声作用下会受到破坏,大肠杆菌族细菌也有同样的结果。伤寒沙门氏菌可以用4.6MHz频率的超声来全部杀死。用960kHz的超声在水溶液和生理盐水中作用于百日咳菌,发现超声对这些微生物有显著的破坏作用。  
因此,在含有空气或其他气体的液体中,在超声辐照下,主要由于空化的强烈机械作用能有效地破坏和杀死某些细菌与病毒或使其丧失毒性。超声波由于频率高、波长短,因而具有声强大、方向性强和在液体中引起空化作用等特点,这些特点使超声波具有许多用途,在食品工业中的应用主要有以下三个方面:①对食品进行无损检测;②利用超声波辅助萃取,超声波清洗,超声波促进食品加工,如超声波促进生物化学反应历程等;③利用超声波处理来破坏组织和结构,如体系的均匀化,杀菌灭酶等处理过程;
1.2.3 超高压杀菌
所谓超高压杀菌,就是将食品物料以柔性材料包装后,置于压力在 200MPa 以上的高压装置中经高压处理,使之达到杀菌目的的一种新型杀菌方法。高压杀菌的基本原理就是压力对微生物的致死作用,高压可导致微生物的形态结构、生物化学反应、基因机制以及细胞壁膜发生多方面的变化,从而影响微生物原有的生理活动机能,甚至使原有功能被破坏或发生不可逆变化,导致微生物死亡。目前,在全球范围内,食品的安全性问题日益突出,消费者要求营养、原汁原味的食品呼声越来越高,高压技术则能顺应这一趋势,不仅能保证食品在微生物方面的安全性,而且能较好地保持食品固有的营养品质、质构、风味、色泽、新鲜程度。由于其独特而新颖的杀菌方法,简单易行的操作,引起食品界的普遍关注,是当前备受各国重视、广泛研究的一项食品高新技术。在超高压杀菌过程中,对不同的食品对象采用不同的处理条件,这主要是由于食品的成分及组织状态十分复杂,食品中的各种微生物所处的环境的不同,因而耐压的程度也就不同。一般地,影响高压杀菌效果的主要因素有以下几点:①压力的大小和加压时间;②加压的方式;③温度;④PH;⑤微生物的种类和特性;⑥微生物生长阶段;⑦食品成分;⑧水分活度。
1.2.4 脉冲电场和磁场杀菌
(1)脉冲电场杀菌
脉冲电场杀菌是通过高强度脉冲电场瞬时破坏微生物的细胞膜使微生物致死,杀菌过程中的温度低(最高温度不超过50℃),从而可以避免热杀菌的缺陷。脉冲电场杀菌技术应用于食品主要是灭酶杀菌,但是与传统的方法相比,具有许多优点:①灭菌效果好。脉冲电场处理食品能更有效地杀灭食品中的酶类和微生物,使其存活率降低到几乎为零。②灭菌速度极快。脉冲杀菌可在微秒级的时间里完成灭菌过程。③对食物的营养成分保存和风味效果好。脉冲杀菌能更有效地保存食品中的营养成分,其中食物的主要指标(如蛋白质和维生素)的损伤率只有几个百分点,或者甚至为零。④灭菌后易处理。脉冲电场灭菌后,食物温度变化很小,杀菌后可立刻进行封装,并且较低的温度有利于食品的保鲜。脉冲电场杀菌技术是一种先进的科学杀菌手段,是一种绿色加工技术,该方法能耗少,以每吨液态食品杀菌耗能来看,耗电仅为 0.5~2kw/h。因此杀菌成本低,经济效益显著。同时,脉冲电场杀菌普遍使用,能够实现无污染的绿色保鲜,保持食品的天然风味和营养,除了适用于各类食品工业中,还可用于中药和化妆品等化学工业的杀菌,前景非常广阔。
(2)脉冲磁场杀菌
脉冲磁场杀菌是利用高强度脉冲磁场发生器向螺旋线圈发出的强脉冲磁场,带菌食品放置于螺旋线圈内部的磁场中,微生物受到强脉冲磁场的作用后导致死亡。脉冲电场杀菌存在的不足是易产生电弧放电,一方面食品会被电解,产生气泡,影响杀菌效果和食品质量;另一方面电极会被腐蚀,影响设备的使用寿命。电弧放电的问题给杀菌系统的设计和放大带来了很大的难度,而脉冲磁场杀菌不存在脉冲电场杀菌的缺陷。关于脉冲磁场杀菌在食品行业中研究和应用较多的是日本和美国,而我国有关脉冲磁场杀菌在食品行业的研究和应用都非常少,还有待于进一步开展。脉冲磁场杀菌技术与其他杀菌技术相比较,具有如下优点:①杀菌时间短,杀菌效率高,尤其是对流动性液体食品,每小时可处理几吨到几十吨;②杀菌效果好,杀菌时温升小,所以既能达到杀菌的目的,又能保持食品原有的风味、滋味、色香、品质和组分(维生素、氨基酸等)不变,这是现有的一切热杀菌工艺所无法做到的;③设备简单,占地面积小,不需要热杀菌工艺所必需的锅炉、阀门、管道等设备;④杀菌时,能耗低、无噪音,经济实用;⑤不污染环境,不污染产品,杀菌后得到理想的绿色产品;⑥适用范围广,能用于各种灌装(或封装)前液态物料,液态食品以及矿泉水、纯净水、自来水及其他饮用水的消毒杀菌。
1.2.5臭氧杀菌技术
臭氧氧化能力比氧大50倍,臭氧很容易同细菌细胞壁中脂蛋白或细胞膜中磷脂质、蛋白质发生化学反应,从而使细菌细胞壁和细胞受到破坏(即所谓溶菌作用),细胞膜通透性增加,细胞内物质外流,使其失去活性。臭氧破坏或分解细胞壁,迅速扩散到细胞里,氧化细胞内的酶或DNA、RNA,从而致死病原体。且杀菌后,臭氧能全部挥发,不会残留在水中、无再次污染问题,所以对细菌、霉菌、病毒具有强烈杀灭性,且在食品脱臭、脱色等方面也展示广阔前景。在矿泉水、汽水、果汁等生产过程中,对盛装容器、管路、设备、车间环境消毒也取得令人满意效果;还可用于谷物、豆类、饲料等杀菌。
1.3 化学药物杀菌
化学灭菌法是指用化学药品直接作用于微生物而将其杀死的方法,其在食品工业上的利用并不是直接用于食品本身。
对微生物具有杀灭作用的化学药品称为杀菌剂,可分为气体灭菌剂和液体灭菌剂。杀菌剂仅对微生物繁殖体有效,不能杀灭芽孢。化学杀菌剂的杀灭效果主要取决于微生物的种类与数量,物体表面的光洁度或多孔性以及杀菌剂的性质等。化学灭菌的目的在于减少微生物的数目,以控制一定的无菌状态。杀菌剂对微生物的作用实质上是与微生物细胞相关的生理、生化反应和代谢活动受到了干扰和破坏,最终导致微生物的生长繁殖被抑制,甚至死亡。其主要表现为影响菌丝的生长、孢子萌发、各种子实体的形成、细胞的透性、有丝分裂、呼吸作用以及细胞膨胀、细胞原生质体的解体和细胞壁受损坏等。常见的几种杀菌剂包括以下:
(1)氧化剂类杀菌剂。
氧化性杀菌灭藻剂是具有强烈氧化性的杀生剂,通常是一种强氧化剂,对水中的微生物的杀生作用强烈。氧化性杀生剂对水中其它的还原性物质都能起到氧化作用,当水中存在有机物、硫化氢、亚铁离子时,会消耗掉一部分氧化性杀生剂,降低它们的杀生效果。为一些含不稳定的结合态氧的化合物,例如过氧化氢、过氧乙酸、二氧化氯、臭氧、氧氯灵等。
(2)表面活性剂杀菌剂。
又分阳离子型、阴离子型、非离子型和两性型四种。这些表面活性剂都具有乳化、渗透、洗涤、分散和发泡等特性,其中有不少还具有阻碍微生物发育乃至杀菌的作用,在杀菌能力上,阳离子型表面活性剂最强。
(3)醇类消毒剂。
醇类消毒剂最常用的是乙醇和异丙醇,它可凝固蛋白质,导致微生物死亡,属于中效消毒剂,可杀灭细菌繁殖体,破坏多数亲脂性病毒。醇类消毒剂杀灭微生物依靠三种作用:
①破坏蛋白质的肤健,使之变性;
②侵人菌体细胞,解脱蛋白质表面的水膜,使之失去活性,引起微生物新陈代谢障碍;
③溶菌作用。
(4)食品防腐剂。
食品防腐剂是能防止由微生物引起的腐败变质、延长食品保质期的添加剂。因兼有防止微生物繁殖引起食物中毒的作用,又称抗微生物剂。它的主要作用是抑制食品中微生物的繁殖。从防腐剂的组成和来源看,可分为合成防腐剂和天然防腐剂。常见的合成防腐剂有苯甲酸及其钠盐、山梨酸及其钾盐、对羟基苯甲酸酯、丙酸、二氧化硫等;常见的天然防腐剂有乳酸链球菌素、溶菌酶、抗菌肽、鱼精蛋白、中草药及其提取物、天然食用香辛料植物及其提取物等。
2 结语
除了上述的几种高新杀菌技术外,国际上还出现了远红外照射、脉冲磁场、电阻加热、电离辐射以及在纯净水生产中应用的纳滤膜杀菌技术,这些高新技术都在食品工业的不同领域显示出潜在的商业应用价值。因此,要加速我国食品生产技术的更新,提高产品质量及档次,使我国食品工业尽快与国际接轨,同时面对世界性的食品资源紧缺、能源枯竭、环境污染、人口爆炸等诸多问题,迫切要求经济的、便捷的、实用的、多功能的高新食品杀菌技术得以大力研究,快速发展,以适应食品工业的现代化。
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